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具有組合手柄基底和旁路二極管的太陽能電池組件和方法

文檔序號:6987574閱讀:146來源:國知局
專利名稱:具有組合手柄基底和旁路二極管的太陽能電池組件和方法
技術(shù)領(lǐng)域
本公開大體涉及太陽能電池,并且更具體地涉及翻轉(zhuǎn)變形(inverted metamorphic)太陽能電池和薄多結(jié)太陽能電池。
背景技術(shù)
太陽能電池或者光伏電池是被設(shè)計成將可用的光轉(zhuǎn)換成電能的裝置。這些電池組件可用被用來制造太陽能電池板、太陽能電池模塊或者光伏陣列,其進而可用被用來為各種應(yīng)用提供電能,例如衛(wèi)星、航天器和其他空間相關(guān)的應(yīng)用;太陽能飛機、高海拔無人駕駛飛機和其他飛機應(yīng)用;以及其他合適的應(yīng)用。在這些應(yīng)用中,大小、重量和成本是要考慮的因素,例如,衛(wèi)星動力系統(tǒng)的大小、重量和成本可以取決于使用的太陽能電池的能量和動力轉(zhuǎn)換效率。太陽能電池可以包括用ρ型或η型晶體半導(dǎo)體材料制成的平光伏晶圓,例如硅、砷化鎵、鍺或者另一種合適的材料,相反傳導(dǎo)性類型的薄表面層可以形成在其中或者其上。表面層與晶圓的主區(qū)域之間的界面/接口(interface)限定半導(dǎo)體結(jié)。太陽能電池可以被設(shè)計為二極管,其通過變成正向偏壓并建立通過電池的電壓來響應(yīng)照明。另外,由III族到V 族材料的組合形成的并且通常被稱為先進的“III-V”電池的多結(jié)點太陽能電池可以產(chǎn)生更高的正向電壓。太陽能電池可以被裝配成太陽能電池陣列,太陽能電池陣列串聯(lián)連接在一起從而提供期望的電壓,并聯(lián)連接在一起從而提供期望的電流,或者處于串聯(lián)-并聯(lián)的組合。當(dāng)陣列中的所有太陽能電池被照明時,太陽能電池是正向偏壓的,并且他們均產(chǎn)生它們各自的電壓或者電流輸出,其加在一起以保持期望的總輸出。然而,如果一個或更多個太陽能電池被遮蔽,或者沒有被照明,則那些電池由于未被遮蔽的電池產(chǎn)生的電壓而變成反向偏壓。例如,航天器天線可以穿過陣列投射陰影。遮蔽陣列串中的太陽能電池的效果取決于太陽能電池的具體特性。如果太陽能電池具有很低的反向電流,則反向偏壓電池可以有效地使串的輸出為零。如果電池在相對低的反向電壓下電損壞,則遮蔽太陽能電池對串的輸出的影響被降低。反向偏壓電池可以引起電池性能的永久性降級或損壞,或者甚至使電池完全失效。通常用硅制造的旁路二極管可以被用來將輸出損失最小化并且當(dāng)電池被遮蔽時保護電池防止反向偏壓。旁路二極管可以連接通過單個電池、通過電池串或者通過平行連接的電池行。具有非常低的反向電流的旁路二極管可以避免在正常操作期間減小太陽能電池中的電流,減小太陽能電池中的電流可能降低功率效率。當(dāng)電池被遮蔽時,流過電池的電流可能受限,引起電池反向偏壓。這可以引起旁路二極管變成正向偏壓。大部分電流可以流過旁路二極管而不是流過被遮蔽的電池,由此允許電流繼續(xù)流過陣列。旁路二極管可以限制通過電池的反向偏置電壓,由此保護被遮蔽的電池。已知的方法已經(jīng)被用來提供具有旁路二極管保護的太陽能電池,包括翻轉(zhuǎn)變形 (IMM)太陽能電池。一種已知的方法使用離散硅扁平二極管(discrete silicon flatdiode)形式的旁路二極管。這種已知的旁路二極管通常被單獨地安裝到太陽能電池的背面。旁路二極管可以從太陽能電池的背面伸出,由此使粘結(jié)更困難。當(dāng)太陽能電池破裂時, 太陽能電池的多個部分可能不受旁路二極管保護。另外,旁路二極管可以貼附到太陽能電池的角,由此使自動處理產(chǎn)生了挑戰(zhàn)。這種已知的方法可以導(dǎo)致復(fù)雜并且無效的組件,因為該方法可能需要連接由陣列的裝配工而不是電池制造商形成的相鄰電池,由此導(dǎo)致成本增加。另一種已知的方法使用單片二極管形式的旁路二極管,其可以被建立到太陽能電池外延(EPI)結(jié)構(gòu)中,其中出于此申請的目的,外延結(jié)構(gòu)被限定為晶體基底上晶體膜的生長,使得膜和基底具有相同的結(jié)構(gòu)取向。翻轉(zhuǎn)變形(IMM)太陽能電池或者其他薄多結(jié)電池可能需要便于處理的手柄基底。這種已知的旁路二極管的手柄基底或基本基底通常是單獨的組件,其被粘結(jié)到太陽能電池或者IMM太陽能電池結(jié)構(gòu)。手柄基底被用來為薄太陽能電池結(jié)構(gòu)提供支撐。通常,手柄基底可以用鍺制造。然而,鍺是密致材料并且可能昂貴、沉重并且易碎。重量增加可能影響航天器或者其他高比功率的應(yīng)用的對重量敏感的任務(wù),并且由于鍺的易碎性,手柄基底可能具有降低的魯棒性。此外,已知的單片二極管可能難以合并到太陽能電池、MM太陽能電池或其他電池結(jié)構(gòu)中,并且可能在更高的操作溫度應(yīng)用中不穩(wěn)定。另外,用于將手柄基底附接到太陽能電池或薄I匪太陽能電池結(jié)構(gòu)的方法是已知的。這些已知的方法可以包括引導(dǎo)粘結(jié)或焊接。然而,這些已知的方法可能導(dǎo)致電性能降級、破裂、差的粘結(jié)均勻性、未知的熱循環(huán)性能和費用增加,并且可以使用低產(chǎn)量粘結(jié)設(shè)備。因此,需要與已知的太陽能電池和方法相比具有優(yōu)點的薄多結(jié)太陽能電池或者翻轉(zhuǎn)變形(IMM)太陽能電池和方法。

發(fā)明內(nèi)容
對與已知的太陽能電池和方法相比具有優(yōu)點的薄多結(jié)太陽能電池或者翻轉(zhuǎn)變形 (IMM)太陽能電池和方法的需要被滿足。不像已知的太陽能電池和方法,本公開的太陽能電池和方法的實施例可以提供以下優(yōu)點中的一個或更多個提供具有組合手柄基底和旁路二極管的薄多結(jié)太陽能電池或者翻轉(zhuǎn)變形(IMM)太陽能電池和方法,使得手柄基底具有能夠提供旁路保護和反向偏壓保護的p-n結(jié);提供具有降低重量和成本的改進處理并簡化的組件的薄多結(jié)太陽能電池或者翻轉(zhuǎn)變形(IMM)太陽能電池和方法;提供具有手柄基底的薄多結(jié)太陽能電池或者翻轉(zhuǎn)變形(IMM)太陽能電池和方法,該手柄基底的重量大約小于相當(dāng)?shù)逆N手柄厚度的重量的45%;提供薄多結(jié)太陽能電池或者翻轉(zhuǎn)變形(IMM)太陽能電池和方法,其可以被用在衛(wèi)星、航天器和其他空間相關(guān)的應(yīng)用、太陽能飛機、高海拔無人駕駛飛機和其他合適的應(yīng)用、需要高比功率的應(yīng)用、便攜式電力應(yīng)用和其他合適的應(yīng)用中;提供薄多結(jié)太陽能電池或者翻轉(zhuǎn)變形(IMM)太陽能電池和方法,其最小化或消除電性能降級、破裂、 差的粘結(jié)均勻性和未知的熱循環(huán)性能和低產(chǎn)量粘結(jié)設(shè)備的使用;提供薄多結(jié)太陽能電池或者翻轉(zhuǎn)變形(IMM)太陽能電池和方法,其中組合基底和旁路二極管可以由電池制造商制造成電池本身的整體部分,減少陣列裝配工對旁路二極管的責(zé)任;提供薄多結(jié)太陽能電池或者翻轉(zhuǎn)變形(IMM)太陽能電池和方法,其具有能夠?qū)?0-33%的太陽光能量轉(zhuǎn)換成電能的高效電池;以及提供具有組合手柄基底和旁路二極管的薄多結(jié)太陽能電池或者翻轉(zhuǎn)變形(IMM)太陽能電池和方法,其在整個旁路二極管具有觸點(contact),從而在電池破裂的情況下提供改進的旁路保護并且為破裂的電池的每個部分提供旁路保護。在本公開的實施例中,公開了一種太陽能電池組件。太陽能電池組件包括具有正面和背面的基底?;拙哂刑峁┓聪蚱珘罕Wo的p-n結(jié),并且基底起到旁路二極管的作用。 太陽能電池組件還包括具有多個太陽能電池層的多結(jié)太陽能電池。多結(jié)太陽能電池具有第一表面和第二表面,第一表面被附接到基底的正面。太陽能電池組件還包括電連接器元件, 其中電連接器元件的一部分被定位為鄰近基底的正面和多結(jié)太陽能電池的第一表面。太陽能電池組件還包括第一觸點和至少一個第二觸點,第一觸點耦聯(lián)到基底的背面,所述至少一個第二觸點耦聯(lián)到多結(jié)太陽能電池的第二表面的一部分。在本公開的另一個實施例中,公開了一種翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池組件。翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池組件包括具有正面和背面的硅手柄基底,其中基底具有提供反向偏壓保護的P-n 結(jié),并且其中基底起到旁路二極管的作用。太陽能電池組件還包括具有多個太陽能電池層的翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池,其中翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池具有第一表面和第二表面,第一表面被附接到基底的正面。太陽能電池組件還包括電連接器元件,其中電連接器元件的一部分被定位為鄰近基底的正面和翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池的第一表面,并且其中電連接器元件包括導(dǎo)電金屬。太陽能電池組件還包括具有第一極性的第一金屬觸點和具有第二極性的至少一個第二金屬觸點,第一金屬觸點被耦聯(lián)到基底的背面,至少一個第二金屬觸點被耦聯(lián)到翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池的第二表面的一部分。在本公開的另一個實施例中,公開了一種用來增強太陽能電池組件的性能的方法。該方法包括在第一基底上形成具有多個太陽能電池層的多結(jié)太陽能電池,其中多結(jié)太陽能電池具有第一表面和第二表面。該方法還包括提供具有正面和背面的第二基底,其中第二基底具有提供反向偏壓保護的P-n結(jié),并且其中基底起到旁路二極管的作用。該方法還包括將電連接器元件耦聯(lián)到第二基底的正面的一部分。該方法還包括將多結(jié)太陽能電池的第一表面附接到第二基底的正面,其中電連接器元件被定位為鄰近第二基底的正面赫爾多結(jié)太陽能電池的第一表面。該方法還包括從多結(jié)太陽能電池去除第一基底,將第一觸點耦聯(lián)到第二基底的背面,以及將至少一個第二觸點耦聯(lián)到多結(jié)太陽能電池的第二表面的一部分。在本公開的另一個實施例中,公開了一種用于增強翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池組件的性能的方法。該方法包括在鍺生長基底上形成具有多個太陽能電池層的翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池,其中翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池具有第一表面和第二表面。該方法還包括提供具有正面和背面的硅手柄基底,其中硅手柄基底具有提供反向偏壓保護的P-n結(jié),并且其中硅手柄基底起到旁路二極管的作用。該方法還包括將電連接器元件耦聯(lián)到硅手柄基底的正面的一部分,其中電連接器元件包括導(dǎo)電金屬。該方法還包括將翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池的第一表面附接到硅手柄基底的正面,其中電連接器元件被定位為鄰近硅手柄基底的正面和翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池的第一表面。該方法還包括從翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池的第二表面去除鍺生長基底。 該方法還包括將具有第一極性導(dǎo)電第一金屬觸點耦聯(lián)到硅手柄基底的背面,將具有第二極性的至少一個第二金屬觸點耦聯(lián)到翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池的第二表面的一部分,以及提供用于將翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池組件附接到第二翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池組件的互連元件,其中互連元件具有被附接到至少一個第二金屬觸點的頂部部分、被附接到第一金屬觸點的底部部分和被附接到第二翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池組件的電連接器元件的中間部分。已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)點可以在本公開的各種實施例中分別實現(xiàn),或者可以在其他實施例中組合,其進一步的細節(jié)可以參考以下說明書和附圖。


可以結(jié)合附圖參考以下具體實施方式
更好地理解本公開,附示說明了優(yōu)選的和示例性的實施例,但附圖不必按比例制圖,其中圖1是本公開的太陽能電池組件的有利實施例的橫截面的圖示說明;圖2是本公開的太陽能電池組件的有利實施例的中間電池附接的橫截面的圖示說明;圖3是本公開的方法的有利實施例的流程圖的圖示說明;圖4是在本公開的方法的有利實施例的方法步驟中形成太陽能電池的橫截面的圖示說明;圖5是在本公開的方法的有利實施例的另一個方法步驟中附接到具有電連接器元件的第二基底的太陽能電池的橫截面的圖示說明;圖6是在本公開的方法的有利實施例的另一個方法步驟中被附接到具有電連接器元件的太陽能電池的橫截面和去除第一基底的圖示說明;和圖7是在完成本公開的方法的有利實施例的方法步驟之后具有組合手柄基底和旁路二極管的太陽能電池的有利實施例的橫截面的圖示說明。
具體實施例方式此后將參考附圖更完整地描述所公開的實施例,在附圖中示出了所公開的實施例的一些而不是全部。當(dāng)然,可以提供幾個不同的實施例并且不應(yīng)該被解釋為對此處提出的實施例的限制。相反,提供這些實施例使得此公開將是詳盡的和完整的,并且將完整地向本領(lǐng)域的技術(shù)人員轉(zhuǎn)達本公開的范圍。本公開提供太陽能電池組件和方法,其可以被用于衛(wèi)星、航天器和其他空間相關(guān)的應(yīng)用;太陽能飛機、高海拔無人駕駛飛機和其他合適的飛機應(yīng)用;需要高比功率的應(yīng)用; 便攜式電力應(yīng)用;和其他合適的應(yīng)用。因此,本領(lǐng)域的技術(shù)人員將辨別和意識到,太陽能電池組件和方法可以被用在涉及以下方面的任意數(shù)量的應(yīng)用中衛(wèi)星、航天器和其他空間相關(guān)的應(yīng)用;太陽能飛機、高海拔無人駕駛飛機和其他合適的飛機應(yīng)用;需要高比功率的應(yīng)用;便攜式電力應(yīng)用;和其他合適的應(yīng)用。更具體地參考附圖,圖1是太陽能電池組件10的有利實施例的橫截面的圖示說明。太陽能電池組件10包括具有正面14和背面16的基底12?;?2優(yōu)選為手柄基底, 其包括例如以下的材料硅、硅-藍寶石、非晶硅、鋁、鍺或者另一種合適的材料。優(yōu)選地,材料是硅?;?2具有提供反向偏壓保護的p-n結(jié)18。p-n結(jié)18可也包括簡單散布的p_n 結(jié)或者另一種合適的P-n結(jié)。p-n結(jié)是通過將ρ型和η型半導(dǎo)體材料組合到緊密觸點中而形成的結(jié)?;?2起到旁路二極管的作用,并且因此,基底和旁路二極管被組合成一個,與單獨附接元件相比,這簡化了組件。因為觸點橫穿整個組合基底12和旁路二極管而不是分離的二極管,改進的旁路保護被提供給多結(jié)點太陽能電池。通過公開的太陽能電池組件10,即使電池破裂,其仍被保護防止反向偏壓降級。硅或者其他合適的基底中的一個優(yōu)選于例如鍺的基底,因為硅的密度和重量大約是鍺的一半。硅具有較小的重量,并且可以使得整個太陽能電池組件具有較小的重量。這對于考慮重量的基于太陽能陣列的空間是有利的。這對于太陽能飛機也是有利的,例如高海拔長航時(HALE)飛機,其中由太陽能電池(例如,翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池)提供的太陽能轉(zhuǎn)換效率影響質(zhì)量。另外,可能使用高比功率的其他應(yīng)用,例如用于軍事應(yīng)用的便攜式電力,可以從公開的太陽能電池受益。此外,硅手柄基底可能比鍺手柄基底更便宜。包括硅-藍寶石的基底還可以被用在一些重量沖擊處。也可以使用提供p-n結(jié)的包括非晶硅的基底,提供合適的反向偏壓保護,不表現(xiàn)出高反向漏電,并且具有可接受的重量和處理特性?;?2可以具有大約0. 001英寸到大約0. 002英寸的范圍內(nèi)的厚度。太陽能電池組件10還包括具有多個太陽能電池層22、24J6、28的多結(jié)點太陽能電池20。例如,太陽能電池層22可以包括鎵銦磷化物(GaInP)或另一種合適的材料。例如,太陽能電池層M可以包括透明的緩沖材料或者另一種合適的材料。例如,太陽能電池層沈可以包括鎵銦磷化物(fe^nP)或者另一種合適的材料。例如,太陽能電池層觀可以用包括鎵銦磷化物(fe^nP)或者另一種合適的材料。應(yīng)該注意,多結(jié)點太陽能電池20的結(jié)構(gòu)可以由根據(jù)晶格常數(shù)和帶隙要求的元素周期表中列出的III族到V族元素的任何合適的組合形成,其中III族元素包括硼(B)、鋁(Al)、鎵(Ga)、銦(In)和鉈(T) ;IV族元素包括碳(C)、硅(Si)、鍺(Ge)和錫(Sn);并且V族元素包括氮(N)、磷(P)、砷(As)、銻(Sb)和鉍(Bi)。盡管示出了四個太陽能電池層,但也可以使用多于四個太陽能電池層或者一個、 兩個或者三個太陽能電池層。層22、24、沈、觀均可以具有大約0. 5微米到大約3. 5微米的范圍內(nèi)的厚度。多結(jié)點太陽能電池20可以建立在垂直的多結(jié)點結(jié)構(gòu)中,并且被設(shè)置在水平陣列中,單個太陽能電池層串聯(lián)連接在一起。陣列的形狀和結(jié)構(gòu)以及其包含的電池的數(shù)量部分由期望的輸出電壓和電流確定。整個多結(jié)點太陽能電池可以具有大約千分之0.5英寸 (0. 0005英寸)厚的厚度或者在大約千分之0. 4英寸(0. 0004英寸)到大約千分之0. 6英寸(0.0006英寸)的范圍內(nèi)的厚度。如圖1所示,多結(jié)點太陽能電池20具有第一表面30和第二表面32。第一表面30 被附接到基底12的正面14。多結(jié)點太陽能電池20的第一表面30面向并且通常接觸基底 12,并且與多結(jié)點太陽能電池20的反向設(shè)置的第二表面32相反。傳導(dǎo)性粘結(jié)材料34可以被用來將基底12的正面14粘結(jié)到多結(jié)點太陽能電池20的第一表面30。傳導(dǎo)性粘結(jié)材料 34可以包括硅、環(huán)氧樹脂、焊料、釬焊或者另一種合適的傳導(dǎo)性粘結(jié)材料。硅傳導(dǎo)性粘結(jié)材料可以被用來將多結(jié)點太陽能電池20粘結(jié)到基底12,由于在反向偏壓期間,可能有通過硅的電流傳導(dǎo),使基底12的附接工藝比已知的直接粘結(jié)或焊接方法更簡單。也可以使用將多結(jié)點太陽能電池20附接到基底12的其他附接方法。多結(jié)點太陽能電池20可以包括翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池76(見圖4)、薄多結(jié)點太陽能電池、薄膜或者其他合適的太陽能電池。多結(jié)點太陽能電池20可以包括在多結(jié)點太陽能電池20的第二表面32以下的至少一個結(jié)點 35。太陽能電池組件10還包括電連接器元件36。電連接元件36的一部分38,例如中間部分,被定位為鄰近基底12的正面14和多結(jié)點太陽能電池20的第一表面30。電連接器元件36的外部部分40可以向外伸出到太陽能電池組件10。電連接器元件36的部分38可以經(jīng)由用傳導(dǎo)性粘結(jié)材料粘結(jié)或者另一種合適的粘結(jié)工藝被耦聯(lián)或者被附接到基底12的正面14。電連接器元件36可以在電觸點片84(見圖5-7)的構(gòu)造中或者在另一種合適的構(gòu)造中。電連接器元件36可以包括導(dǎo)電金屬或者另一種合適的材料。電連接器元件36可以具有大約0. 0005英寸到大約0. 002英寸范圍內(nèi)的厚度。電連接器元件36被太陽能電池組件10提供旁路連接。太陽能電池組件10還包括第一觸點42,其具有耦聯(lián)到基底12的背面 16的正面44。第一觸點優(yōu)選為具有第一極性的金屬觸點。第一觸點42可以是覆蓋在基底 12的背面16上的金屬層的形式。第一觸點42可以具有大約5微米到大約7微米范圍內(nèi)的厚度。太陽能電池組件10還包括至少一個第二觸點46,其具有耦聯(lián)到多結(jié)點太陽能電池 20的第二表面32的一部分50的背面48。第二觸點46優(yōu)選為具有第二極性的金屬觸點。 第二觸點46可以是覆蓋在多結(jié)點太陽能電池20的第二表面32上的金屬條的形式。第二觸點46可以具有在大約5微米到大約7微米范圍內(nèi)的厚度。第一觸點42和第二觸點46 可以收集來自由多結(jié)點太陽能電池層22、26、觀產(chǎn)生的電載體的多結(jié)點太陽能電池20的電流。如圖2所示,太陽能電池組件10還包括用于將太陽能電池組件10附接到第二太陽能電池組件IOa的互連元件52?;ミB元件52可以具有被附接到至少一個第二觸點46的頂部部分56、被附接到第一觸點42的底部部分58和被附接到第二太陽能電池組件IOa的電連接器元件36的中間部分60。太陽能電池組件10可以被用于衛(wèi)星、航天器、太陽能飛機、高海拔無人駕駛飛機、飛機和便攜式電力裝置、飛船或其他合適的交通工具或裝置。圖 2是本公開的太陽能電池組件10和第二太陽能電池組件IOa的中間電池附接62的橫截面的圖示說明。太陽能電池組件10和第二太陽能電池組件IOa都包括基地12、p-n結(jié)18、具有層22、24J6、28的多結(jié)點太陽能電池20、電連接器元件36、第一觸點42和第二觸點46。 太陽能電池組件可以通過串聯(lián)和/或并聯(lián)陣列中的電連接而相互電連接,從而產(chǎn)生太陽能電池組件的所需電壓和電流輸出。圖3是本公開的方法70的有利實施例的步驟的方框流程圖的圖示說明。在本公開的這個實施例中,提供了一種用于增強太陽能電池組件10(見圖1)的性能的方法70。方法70包括在第一基底74 (見圖4)上形成具有多個太陽能電池層22、24、沈、28的多結(jié)點太陽能電池20的步驟72。多結(jié)點太陽能電池20具有第一表面30和第二表面32。多結(jié)點太陽能電池20優(yōu)選為翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池76。第一基底74可以是生長基底或生長種子基底(growth seed substrate),其由例如鍺、砷化鎵、硅或其他可兼容的半導(dǎo)體材料的材料組成。多結(jié)點太陽能電池20可以生長在第一基底74上。圖4是在方法步驟72中形成在第一基底74上的多結(jié)點太陽能電池20 (優(yōu)選為翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池76)的橫截面的圖示說明。太陽能電池層可以經(jīng)由外延附生(印itaxy)或另一種合適的工藝形成或生長。方法還包括提供具有正面14和背面16的第二基底80的步驟78。第二基底80可以是由例如硅、硅-藍寶石、非晶硅、鋁、鍺或者另一種合適的材料的材料組成的手柄基底。 優(yōu)選地,第二基底80是如圖5所示的硅手柄基底。第二基底80具有提供反向偏壓保護的 p-n結(jié)18。p-n結(jié)18可以包括簡單散布的p-n結(jié)或者另一種合適的p-n結(jié)。第二基底80 起到旁路二極管的作用,并且因此基底和旁路二極管被組合成一個,與單獨附接的元件相比,這簡化了組件。該方法還包括將電觸點片84形式的電連接器元件36耦聯(lián)到第二基底 80的正面14的一部分86的步驟82。電連接器元件36可以經(jīng)由用傳導(dǎo)性粘結(jié)材料粘結(jié)或者另一種合適的粘結(jié)工藝被耦聯(lián)或者被附接到第二基底80。電連接器元件36可以由導(dǎo)電金屬或者另一種合適的材料組成。該方法還包括將多結(jié)點太陽能電池20的第一表面30附接到第二基底80的正面 14的步驟88。電觸點片84被定位為鄰近第二基底80的正面14和多結(jié)點太陽能電池20 的第一表面30。傳導(dǎo)性粘結(jié)材料34可以被用來將第二基底80的正面14粘結(jié)到多結(jié)點太陽能電池20的第一表面30。傳導(dǎo)性粘結(jié)材料34可以包括硅、環(huán)氧樹脂、焊料、釬焊或者可以使用的另一種合適的傳導(dǎo)性粘結(jié)材料。圖5是在方法步驟88中形成在第一基底74上并被附接到具有電觸點片84的第二基底80的多結(jié)點太陽能電池20 (優(yōu)選為翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池76)的橫截面的圖示說明。該方法還包括從多結(jié)點太陽能電池20去除第一基底74的步驟90。圖6是被附接到具有電觸點片84的第二基底80的多結(jié)點太陽能電池20 (優(yōu)選為翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池 76)的橫截面和在方法步驟90中去除第一基底74的圖示說明。第一基底74可以通過蝕刻或者另一種合適的去除工藝去除。該方法還包括將第一觸點42耦聯(lián)到第二基底80的背面16的步驟92。第一觸點 42優(yōu)選為金屬觸點,并且可以經(jīng)由真空沉積或者另一種合適的工藝被耦聯(lián)或者被附接到第二基底80的背面16。該方法還包括將至少一個第二觸點46耦聯(lián)到多結(jié)點太陽能電池20 的第二表面32的一部分50的步驟94。第二觸點46優(yōu)選為金屬觸點,并且可以經(jīng)由真空沉積或者另一種合適的工藝被耦聯(lián)或者被附接到多結(jié)點太陽能電池20的第二表面32的一部分50。圖7是被附接到第二基底80的具有電觸點84并且具有第一觸點42和第二觸點 46的多結(jié)點太陽能電池20 (優(yōu)選為翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池76)的橫截面的圖示說明,第一觸點42和第二觸點46在完成方法步驟92、94之后附接。一個實施例中的方法可以可選地進一步包括提供用于將太陽能電池組件10附接到第二太陽能電池組件IOa(見圖2、的互連元件52的步驟96,其中互連元件52具有被附接到至少一個第二觸點46的頂部部分56、被附接到第一觸點42的底部部分58和被附接到第二太陽能電池組件IOa的電連接器元件36的中間部分60。該方法可以被用于增強太陽能電池組件的性能,該太陽能電池組件用于衛(wèi)星、航天器、太陽能飛機、高海拔無人駕駛飛機、飛機、便攜式電力裝置和其他合適的應(yīng)用。公開的太陽能電池組件10將優(yōu)選為硅手柄基底80形式的基底12和旁路二極管組合,用于反向偏壓保護。后續(xù)的組裝可以通過公開的太陽能電池組件10而被簡化。對于將公開的太陽能電池組件10與硅手柄基底80組合的設(shè)計來說,通常的衛(wèi)星的重量可以減少大約50千克,這產(chǎn)生明顯的成本節(jié)約。對于250kw(千瓦)的HALE任務(wù)來說,每個交通工具可以減少250kg(千克),為交通工具的重量的較大一部分。本公開的太陽能電池組件 10提供了用于航空、飛機和其他合適的應(yīng)用的輕質(zhì)、重量減小和成本節(jié)約的設(shè)計和方法。本公開關(guān)于前面的描述和相關(guān)的附圖所呈現(xiàn)的教示可以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員受益,本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以想到本公開的很多修改和其他實施例。此處描述的實施例表示圖示說明,而非限制。盡管此處使用了特定的術(shù)語,但它們僅是用在一般的和描述性的意思,并且不是為了限制。
權(quán)利要求
1.一種太陽能組件,包括具有正面和背面的基底,其中所述基底具有提供反向偏壓保護的p-n結(jié),并且其中所述基底具有旁路二極管的作用;具有多個太陽能電池層的多結(jié)點太陽能電池,其中所述多結(jié)點太陽能電池具有第一表面和第二表面,所述第一表面被附接到所述基底的所述正面;電連接器元件,其中所述電連接器元件的一部分被定位為鄰近所述基底的所述正面和所述多結(jié)點太陽能電池的所述第一表面;第一觸點,其耦聯(lián)到所述基底的所述背面;以及至少一個第二觸點,其耦聯(lián)到所述多結(jié)點太陽能電池的所述第二表面的一部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件,其中所述基底是從由以下材料組成的組選擇的材料組成的手柄基底硅、硅-藍寶石、非晶硅、鋁和鍺。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件,其中所述P-n結(jié)是簡單散布的P-n結(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件,其中所述多結(jié)點太陽能電池是翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件,其中所述電連接器元件包括導(dǎo)電金屬。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件,其中所述第一觸點是具有第一極性的金屬觸點,并且其中所述至少一個第二觸點是具有第二極性的金屬觸點。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件,其還包括用于將所述太陽能電池組件附接到第二太陽能電池組件的互連元件,其中所述互連元件具有被附接到所述至少一個第二觸點的頂部部分、被附接到所述第一觸點的底部部分和被附接到所述第二太陽能電池組件的電連接器元件的中間部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太陽能電池組件,其中所述太陽能電池組件被用于衛(wèi)星、航天器、太陽能飛機、高海拔無人駕駛飛機、飛機、便攜式電力裝置和飛船。
9.一種翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池組件,包括具有正面和背面的硅手柄基底,其中所述基底具有提供反向偏壓保護的P-n結(jié),并且其中所述基底起到旁路二極管的作用;具有多個太陽能電池層的翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池,其中所述翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池具有第一表面和第二表面,所述第一表面被附接到所述基底的所述正面;電連接器元件,其中所述電連接器元件的一部分被定位為鄰近所述基底的所述正面和所述翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池的所述第一表面,并且其中所述電連接器元件包括導(dǎo)電金屬; 具有第一極性的第一金屬觸點,其被耦聯(lián)到所述基底的背面;以及具有第二極性的至少一個第二金屬觸點,其被耦聯(lián)到所述翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池的所述第二表面的一部分。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池組件,還包括用于將所述太陽能電池組件附接到第二太陽能電池組件的互連元件,其中所述互連元件具有被附接到所述至少一個第二金屬觸點的頂部部分、被附接到所述第一金屬觸點的底部部分和被附接到所述第二太陽能電池組件的電連接器元件的中間部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太陽能電池組件,其中所述太陽能電池組件被用于衛(wèi)星、航天器、太陽能飛機、高海拔無人駕駛飛機、飛機、便攜式電力裝置和飛船。
12.一種用于增強太陽能電池組件的性能的方法,包括在第一基底上形成具有多個太陽能電池層的多結(jié)點太陽能電池,其中所述多結(jié)點太陽能電池具有第一表面和第二表面;提供具有正面和背面的第二基底,其中所述第二基底具有提供反向偏壓保護的p-n 結(jié),并且其中所述基底起到旁路二極管的作用;將電連接器元件耦聯(lián)到所述第二基底的所述正面的一部分;將所述多結(jié)點太陽能電池的所述第一表面附接到所述第二基底的所述正面,其中所述電連接器元件被定位為鄰近所述第二基底的所述正面和所述多結(jié)點太陽能電池的所述第一表面;從所述多結(jié)點太陽能電池去除所述第一基底; 將第一觸點耦聯(lián)到所述第二基底的所述背面;以及將至少一個第二觸點耦聯(lián)到所述多結(jié)點太陽能電池的所述第二表面的一部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其中所述第一基底是由從鍺、砷化鎵和硅組成的組選擇的材料組成的生長基底。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其中所述第二基底是由從硅、硅-藍寶石、非晶硅、鋁和鍺組成的組選擇的材料組成的手柄基底。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法,其中所述多結(jié)點太陽能電池是翻轉(zhuǎn)變形太陽能電池。
全文摘要
公開了一種太陽能電池組件和方法。該太陽能電池組件包括具有正面和背面的基底,其中所述基底具有提供反向偏壓保護的p-n結(jié),并且其中基底起到旁路二極管的作用。該太陽能電池組件還包括具有多個太陽能電池層的多結(jié)點太陽能電池,其中多結(jié)點太陽能電池具有第一表面和第二表面,第一表面被附接到基底的正面。太陽能電池組件還包括電連接器元件、第一觸點和至少一個第二觸點,該電連接器元件被定位為鄰近基底的正面和多結(jié)點太陽能電池的第一表面,第一觸點被耦聯(lián)到基底的背面,并且至少一個第二觸點被耦聯(lián)到多結(jié)點太陽能電池的第二表面的一部分。
文檔編號H01L31/05GK102365762SQ201080014079
公開日2012年2月29日 申請日期2010年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者J·R·庫庫烏卡 申請人:波音公司
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